リシンの基本情報・配合目的・安全性

リシン

化粧品成分表示名称 リシン
医薬部外品表示名称 L-リジン液
リジン液(簡略名)
配合目的 保湿、抗カルボニル化 など

1. 基本情報

1.1. 定義

以下の化学式で表される、アミノ基(-NH2とカルボキシル基(-COOH)をもち側鎖に4-アミノブチル基をもつ双性イオン化合物(∗1)であり、アミノ酸の一種である塩基性アミノ酸に分類されるアミノ酸(∗2)です[1a][2a]

∗1 双性イオン化合物とは、両性イオン化合物とも呼び、一つの分子内にプラス電荷とマイナス電荷の両方を持つ化合物を指します。リシンは塩基性を示すアミノ基(-NH2)および4-アミノブチル基が正電荷を、酸性を示すカルボキシル基(-COOH)が負電荷をもつ双性イオン化合物であり、電荷が全体として0となる(中性を示す)ときのpH(等電点)が9.74であることから[2b]、溶液のpHが9.74以下なら陽イオンに、9.74以上なら陰イオンとなります。

∗2 一般にアミノ基(-NH2)とカルボキシル基(-COOH)の両方の官能基をもつ有機化合物をアミノ酸と呼び、塩基性を示すアミノ基と酸性を示すカルボキシル基の割合によって中性アミノ酸、酸性アミノ酸、塩基性アミノ酸に分類されます。リシンは1個のアミノ基と1個のカルボキシル基をもち、側鎖に塩基性の4-アミノブチル基をもつことから塩基性アミノ酸に分類されます。

リシン

1.2. 化粧品以外の主な用途

リシンの化粧品以外の主な用途としては、

分野 用途
食品 食品の栄養強化剤、幼児用栄養剤、滋養強壮剤などに使用されています[3a]
医療 水分や電解質などを点滴静注により投与するためのアミノ酸輸液(点滴)、経口・経腸栄養剤、総合アミノ酸製剤などに用いられています[3b]

これらの用途が報告されています。

2. 化粧品としての配合目的

化粧品に配合される場合は、

  • 角層水分量増加による保湿作用
  • 抗カルボニル化作用

主にこれらの目的でスキンケア化粧品、ボディ&ハンドケア製品、シート&マスク製品、アウトバストリートメント製品、シャンプー製品、ヘアトリートメント製品、メイクアップ化粧品、クレンジング製品、洗顔料、洗顔石鹸など様々な製品に汎用されています。

以下は、化粧品として配合される目的に対する根拠です。

2.1. 角層水分量増加による保湿作用

水分量増加および柔軟持続性向上による保湿作用に関しては、まず前提知識として皮膚最外層である角質層の構造と役割および角質細胞におけるPCA-Naの役割について解説します。

直接外界に接する皮膚最外層である角質層は、以下の図のように、

角質層の構造

水分を保持する働きもつ天然保湿因子を含む角質と角質の間を細胞間脂質で満たした、レンガとモルタルの関係と同様の構造になっており、この構造が保持されることによって外界からの物理的あるいは化学的影響から身体を守り、かつ体内の水分が体外へ過剰に蒸散していくのを防ぐとともに一定の水分を保持する役割を担っています[4][5]

また、角質層において水分を保持する働きをもつ物質は、天然保湿因子(NMF:natural Moisturizing Factor)と呼ばれる親水性の吸湿物質であり、天然保湿因子は以下の表のように、

成分 含量(%)
アミノ酸類 40.0
ピロリドンカルボン酸(PCA) 12.0
乳酸 12.0
尿素 7.0
アンモニア、尿酸、グルコサミン、クレアチン 1.5
ナトリウム(Na⁺) 5.0
カリウム(K⁺) 4.0
カルシウム(Ca²⁺) 1.5
マグネシウム(Mg²⁺) 1.5
リン酸(PO₄³⁻) 0.5
塩化物(Cl⁻) 6.0
クエン酸 0.5
糖、有機酸、ペプチド、未確認物質 8.5

アミノ酸、有機酸、塩などの集合体として存在しています[6]

この天然保湿因子において約40%を占めるアミノ酸組成は、以下の表のように、

アミノ酸の種類 含量(%)
プロリン 5.6
アスパラギン + アスパラギン酸 0.8
トレオニン 0.4
セリン 19.7
グルタミン + グルタミン酸 2.3
グリシン 14.7
アラニン 10.4
バリン 3.4
メチオニン 0.2
イソロイシン 0.5
ロイシン 1.5
チロシン 0.8
フェニルアラニン 0.7
リシン 1.1
ヒスチジン 1.4
アルギニン 10.3

16種類のアミノ酸で構成されており[7]、これらアミノ酸の大部分は、以下の図のように、

天然保湿因子の産生メカニズム

表皮顆粒層に存在しているケラトヒアリン(∗3)が角質細胞に変化していく過程でフィラグリンと呼ばれるタンパク質となり、このフィラグリンがブレオマイシン水解酵素(bleomycin hydrorase)によって完全分解されることで産生されることが報告されています[8][9]

∗3 ケラトヒアリンの主要な構成成分は、分子量300-1,000kDaの巨大な不溶性タンパク質であるプロフィラグリンであり、プロフィラグリンは終末角化の際にフィラグリンに分解されます。

アミノ酸は、天然保湿因子(NMF)の主要成分であることから皮膚の潤いを保つ目的でスキンケア化粧品に用いられていますが、一方で水溶性低分子の両性イオン化合物であり、一般的に電荷を有した物質は皮膚や生体膜を透過しにくく、その透過率は電荷を持たない物質と比較して1/1000といわれています[10]

1996年に味の素とカリフォルニア大学医学部皮膚科によって報告されたアミノ酸のヒト皮膚での経皮吸収挙動の検証によると、

– in vitro:皮膚透過試験 –

ヒト皮膚(角質層、表皮および真皮の一部を含む)上に1%濃度生理食塩水(pH7.4)となるように調製した5種類の水溶性アミノ酸(L-リシン、グリシン、グルタミン酸Na、プロリンおよびトレオニン)溶液をのせ、2-4時間ごとに皮膚透過挙動を評価したところ、以下のグラフのように、

ヒト皮膚角質層に対するアミノ酸の透過性比較

いずれのアミノ酸も経皮吸収にタイムラグがみられ、またアミノ酸によって透過量が異なることがわかった。

次に、ヒト皮膚の角質層を擦って剥いだ肌荒れモデル上に同様のアミノ酸溶液をのせ、2-4時間ごとに皮膚透過挙動を評価したところ、以下のグラフのように、

ヒト擦過皮膚(荒れ肌モデル)に対するアミノ酸の透過性比較

いずれのアミノ酸も経皮吸収のラグタイムが短縮され、また蓄積量も増大した。

この試験結果から、角質層はアミノ酸の経皮吸収に対して最大のバリアとなっていることが明らかとなった。

このような検証結果が明らかにされており[11]、リシンは健常皮膚においては経時的に穏やかな経皮吸収性が、バリア機能が低下した皮膚においては健常な皮膚と比較して優れた経皮吸収性が認められています。

健常な皮膚においては、角質層がバリアの役割を果たしているため、リシンは経皮吸収されにくく、また経皮吸収に時間がかかることから即時的な保湿効果はほとんどないと考えられますが、その一方でこの試験データは40時間ジワジワと少しずつ経皮吸収されることが明らかにされていることから、持続性のある穏やかな保湿剤として機能すると考えられます。

また、肌荒れや皮膚炎などを有するバリア機能が低下した皮膚においては、角質層を有した健常な皮膚と比較して格段に高い経皮吸収性を示したことから、優れた水分保持剤になり得ると考えられます。

アミノ酸が角質層に経皮吸収されにくいメカニズムは、アミノ酸がイオン性物質であることによる角質層の水和(∗4)が重要な要因であり[12]、経皮吸収のラグタイムが長い理由は、アミノ酸と表皮との間の水素結合や静電気的相互作用によるものであると考えられています[13]

∗4 水和(hydration)とは、ある化学種へ水分子が付加する現象であり、イオン性化合物や水素結合性化合物が水に溶解し、静電相互作用や水素結合することによって起こります。

2.2. 抗カルボニル化作用

抗カルボニル化作用に関しては、前提知識として角層における透明感のメカニズム、角層の透明度とカルボニル化との関係について解説します。

肌の透明感とは、日本化粧品工業連合会によると、

 透明感とは視覚的な表現であり、皮膚がくもりなく透き通ったように見える状態をいう. 肌の透明感には角質層の光透過性が大きく影響している. 角質層の光透過性,すなわち入射光に対する透過光の比率が高いほど透明感が高いと考えられ,角質層の水分量や肌表面のきめの整い具合などの要素より左右される. 

このように定義されています[14]

角層の透明感において重要な要因は、角層水分量、キメの深さ、キメの間隔、メラニン量、ヘモグロビン量の5項目とされ、角層水分量およびキメの深さは正の寄与率を示し、キメの間隔、メラニン量およびヘモグロビン量は負の寄与率を示すと考えられており、これは透明感の高い肌がキメが深く、細かく、角層水分量が多く、メラニン量およびヘモグロビン量が少ないことを意味しています[15]

また、以下の皮膚における光の伝播に対する光学モデルをみてもらうとわかりやすいと思いますが、

皮膚における光の伝播に対する光学モデル

健常な皮膚に入射にした光は、

  • 表面反射光:約5%
  • 内部反射光(表皮散乱光および真皮散乱光):約55%
  • メラニンや血液中ヘモグロビンによる吸収:約40%

約5%が表面反射光として表面で反射され、残りの約95%が皮膚内に入り、そのうち約40%は表皮領域に分布するメラニンや血液中のヘモグロビンなどで吸収され、残りの約55%が内部反射光として表皮や真皮で散乱されて戻ってくることが知られています[16]

この光学モデルに基づいた場合、肌の透明感は光が皮膚の内部へ透過して皮膚内部から反射されて戻ってくる約55%の内部反射光に起因すると考えられており、皮膚内部反射率が大きいほど肌の透明度は高くなります。

一方で、皮膚内に入る光の量は角質層の状態に大きく依存し、角質細胞が変性(カルボニル化)して角質細胞の配列に乱れがある(キメが悪くなる)と、皮膚表面での散乱反射が増え、皮膚内に入る光の量が低下するため、肌の透明度が低下します。

角質細胞の変性は、紫外線などの外的要因などによって角質細胞がカルボニル化することで起きることが明らかになっており[17a]、角層のカルボニル化が透明感低下の一因であると考えられています。

カルボニル化については、以下の真皮タンパク質の変性メカニズムみてもらうとわかりやすいと思いますが、

カルボニル化反応のメカニズム

カルボニル化とは、過酸化脂質の分解物であるアルデヒド類がタンパク質に付加することによってタンパク質は本来の機能を失うことを指し、角層においてもカルボニル化が起こることが明らかになっており[18]、カルボニル化レベルの高い肌はカルボニルレベルが低い肌と比較して透明感が低いことが示されていることから、角層のカルボニル化が肌透明感低下の原因となっている可能性が示唆されています[17b]

このような背景から、角質ケラチンのカルボニル化を抑制し角質のキメを整えることは、皮膚内に入る光の量を増やすことにつながると考えられ、ひいては肌透明感の向上において重要であると考えられます。

2008年に資生堂によって報告された角層カルボニル化に対するアミノ酸類の影響検証によると、

– ex vivo:角層カルボニル化抑制試験 –

ヒト角層から採取した角層をカルボニル化処理し、各アミノ酸(50μmol/L)を共存させ、その抑制効果をカルボニル化レベルで評価したところ、以下のグラフのように、

各種アミノ酸添加による角層カルボニル化抑制効果

リシンを添加した場合に、顕著な角層カルボニル化抑制効果が認められた。

– in vivo:角層カルボニル化抑制試験 –

ヒト肌を次亜塩素酸処理し角層のカルボニル化タンパク質を増加させると透明感が低下することがわかったが、次亜塩素酸処理後に1%L-リジンを添加した場合は、以下のグラフのように、

角層タンパク質カルボニル化におけるリシンのカルボニル化抑制効果

角層タンパク質カルボニル化におけるリシンの透明度低下抑制効果

角層タンパク質のカルボニル化および透明感低下に対してともに抑制効果を示した。

このような検証結果が明らかにされており[17c]、リシンに角層ケラチンのカルボニル化抑制作用が認められています。

3. 混合原料としての配合目的

リシンは、混合原料が開発されており、リシンと以下の成分が併用されている場合は、混合原料として配合されている可能性が考えられます。

原料名 PRODEW 400
構成成分 ベタインPCA-Naソルビトールセリングリシングルタミン酸アラニンリシンアルギニントレオニンプロリンメチルパラベンプロピルパラベン
特徴 皮膚のNMFをモデル化した保湿剤
原料名 AMINO ACID COMPLEX
構成成分 BGグリシンセリングルタミン酸アスパラギン酸ロイシンアラニンリシンアルギニンチロシンフェニルアラニントレオニンプロリンバリンイソロイシンヒスチジン
特徴 皮膚のNMFをモデル化した保湿剤

4. 配合製品数および配合量範囲

実際の配合製品数および配合量に関しては、海外の2012年の調査結果になりますが、以下のように報告されています(∗5)

∗5 表の中の製品タイプのリーブオン製品というのは付けっ放し製品という意味で、主にスキンケア化粧品やメイクアップ化粧品などを指し、リンスオフ製品というのは洗浄系製品を指します。

リシンの配合製品数と配合量の調査(2012年)

5. 安全性評価

リシンの現時点での安全性は、

  • 食品添加物の既存添加物リスト(2020年2月26日改正)に収載
  • 外原規2006規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2006に収載
  • 50年以上の使用実績
  • 皮膚刺激性:ほとんどなし
  • 眼刺激性:詳細不明
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし

このような結果となっており、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

以下は、この結論にいたった根拠です。

5.1. 皮膚刺激性および皮膚感作性(アレルギー性)

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性試験データ[19]によると、

  • [ヒト試験] 104人の被検者に0.01%リシン、0.13%セリン、0.04%アラニン、0.15%アルギニン、0.01%グルタミン酸、0.05%ヒスチジンを含むフェイス&ネック製品を対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を半閉塞パッチにて実施したところ、この試験条件下においてこの製品は皮膚刺激剤および皮膚感作剤ではなかった(Personal Care Products Council,2012)
  • [ヒト試験] 106人の被検者に0.65%リシンを含むフェイスハイライターを対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を半閉塞パッチにて実施したところ、この試験条件下においてこの製品は皮膚刺激剤および皮膚感作剤ではなかった(Product Investigations Inc,2010)
  • [ヒト試験] 213人の被検者に0.65%リシンを含むメイクアップ化粧品を対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を半閉塞パッチにて実施したところ、この試験条件下においてこの製品は皮膚刺激剤および皮膚感作剤ではなかった(Clinical Research Laboratories Inc,2011)

このように記載されており、試験データをみるかぎり皮膚刺激および皮膚感作なしと報告されているため、一般に皮膚刺激性および皮膚感作性はほとんどないと考えられます。

5.2. 眼刺激性

試験結果や安全性データがみあたらないため、現時点ではデータ不足により詳細は不明です。

6. 参考文献

  1. ab日本化粧品工業連合会(2013)「リシン」日本化粧品成分表示名称事典 第3版,1073.
  2. ab大木 道則, 他(1989)「リシン」化学大辞典,2461.
  3. ab日光ケミカルズ株式会社(2016)「アミノ酸」パーソナルケアハンドブックⅠ,392-404.
  4. 朝田 康夫(2002)「保湿能力と水分喪失の関係は」美容皮膚科学事典,103-104.
  5. 田村 健夫・廣田 博(2001)「表皮」香粧品科学 理論と実際 第4版,30-33.
  6. I Horii, et al(1989)「Stratum corneum hydration and amino acid content in xerotic skin」British Journal of Dermatology(121)(5),587-592. DOI:10.1111/j.1365-2133.1989.tb08190.x.
  7. I. Horii, et al(1983)「Histidine-rich protein as a possible origin of free amino acids of stratum corneum」Current Problems in Dermatology(11),301-315. DOI:10.1159/000408684.
  8. M. Watanabe, et al(1991)「Functional analyses of the superficial stratum corneum in atopic xerosis」Archives of Dermatology(127)(11),1689-1692. DOI:10.1001/archderm.1991.01680100089010.
  9. T. Tezuka, et al(1994)「Terminal differentiation of facial epidermis of the aged: immunohistochemical studies」Dermatology(188)(1),21-24. DOI:10.1159/000247079.
  10. J. Swarbrick, et al(1984)「Drug Permeation Through Human Skin Ⅱ: Permeability of Ionizable Compounds」Journal of Pharmaceutical Sciences(73)(10),1352–1355. DOI:10.1002/jps.2600731006.
  11. 川崎 由明, 他(1996)「In vitroによるアミノ酸のヒト皮膚での経皮吸収挙動の解析」日本化粧品技術者会誌(30)(1),55-61. DOI:10.5107/sccj.30.55.
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  13. L. Wearley, et al(1990)「A Numerical Approach to Study the Effect of Binding on the Iontophoretic Transport of a Series of Amino Acids」Journal of Pharmaceutical Sciences(79)(11),992–998. DOI:10.1002/jps.2600791110.
  14. 日本化粧品工業連合会(2000)粧工連技術資料(107),144.
  15. 桑原 智裕(2010)「肌の透明感測定」光学(39)(11),524-528.
  16. R.R. Anderson & J.A. Parrish(1981)「The Optics of Human Skin」Journal of Investigative Dermatology(77)(1),13-19. PMID:7252245.
  17. abc岩井 一郎, 他(2008)「角層タンパク質のカルボニル化による肌透明感の低下」日本化粧品技術者会誌(42)(1),16-21. DOI:10.5107/sccj.42.16.
  18. J.J. Thiele(2001)「Oxidative Targets in the Stratum corneum」Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology(14)(1_suppl),87–91. DOI:10.1159/000056395.
  19. C.L. Burnett, et al(2013)「Safety Assessment of α-Amino Acids as Used in Cosmetics」International Journal of Toxicology(32)(6_suppl),41S-64S. DOI:10.1177/1091581813507090.

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